EWM-forceArc® эффективный инструмент для MIG/MAG сварки

Струйная дуга - это электрическая дуга, которая часто используется на практике. Она возникает при сварке плавящимся электродом в среде защитного газа при высоких мощностях, причем в качестве защитного газа может использоваться инертный газ или смесь газов с высоким содержанием аргона. До конца 80-х годов в стандарте DIN 1910-4 было приведено следующее определение струйной дуги: "Переход материала в шов, происходящий мельчайшими каплями и без короткого замыкания". Однако это обуславливает относительно большую длину дуги, т.е. высокое напряжение дуги (рис. 1), что на практике для некоторых работ было бы довольно неблагоприятно, так как из-за магнитного дутья будет легко отклоняться и, кроме того, могут возникать подрезы или поры. Кроме того, при сварке наблюдаются большие потери легирующих элементов. Поэтому Ганс-Ульрих Помазка, один из пионеров в области сварки в среде защитного газа, уже давно выступал за "короткую и ровную струйную дугу". Она возникала при более низком напряжении и поэтому уже не совсем была лишена коротких замыканий. Однако уровень и продолжительность коротких замыканий были настолько незначительны, что, хотя и можно было зафиксировать провалы напряжения, возрастание тока было очень малым. При этом не было существенного образования брызг, доходило лишь до легкого распыления. При сварке вместо шума слышалось потрескивание. На рис. 2 показана типичная для этого случая зависимость тока и напряжения от времени.

Рис. 1. Струйная дуга в смеси аргон-O2.

Рис. 2. Временная зависимость тока и напряжения при короткой cтруйной дуге (схема)

На практике такой вид дуги реализуется очень быстро, так что определение cтруйной дуги в процитированном выше стандарте было изменено: "Переход материала в шов, происходящий мельчайшими каплями и практически без короткого замыкания" Дальнейшее укорачивание дуги, т.e. снижение напряжения дуги, что во многих случаях по техническим причинам было бы желательно, в те времена было невозможным, поскольку при этом возникали длительные фазы короткого замыкания и усиленно образовывались брызги. Лишь благодаря появлению инверторной техники и современных цифровых систем управления стало возможно при очень короткой дуге с длинными фазами короткого замыкания быстро вмешиваться в процесс регулирования. Ток при зажигании дуги очень быстро снижают до достижения запрограммированного значения напряжения дуги. В результате заметно сокращаются площади участков короткого замыкания кривой "энергия - время", а образование брызг ограничивается приемлемым минимумом. Ниже более подробно описана электрическая дуга нового типа, полученная в результате кропотливых исследований и называемая далее EWM-forceArc.

Усовершенствованная электрическая дуга
При дальнейшем снижении напряжения дуги по отношению к короткой струйной дуге электрическая дуга и дальше будет сокращаться. Как видно из рис. 3, представляющем кадр из пленки, снятой на высокой скорости, электрическая дуга горит в мульде расплавленного металла, возникающей под действием давления плазмы. При этом происходит переход металла в шов от мелкокапельного до среднекапельного, и капли очень плотно следуют друг за другом. Конечно, при таком переходе нельзя избежать того, что капли время от времени будут капать друг за другом, и "цепочка капель" образует кратковременный контакт с расплавом, что приведет к состоянию короткого замыкания, который, в свою очередь, без регулирующего вмешательства в процесс зажигания может привести к усиленному брызгообразованию. Как изменяется сила тока и напряжение при длительном коротком замыкании, лучше всего можно понять на примере цикла короткого замыкания при сварке короткой дугой, поскольку этот пример является очень наглядным. При прикосновении капли к расплаву сначала падает напряжение (рис. 4), поскольку сопротивление материала меньше, чем сопротивление дуги. Лишь после этого ток начинает расти и достигает значения тока короткого замыкания. При усовершенствованной струйной дуге будет снижаться нежелательное возрастание энергии (ток х напряжение х время), которое в этом диапазоне мощности при зажигании дуги может привести к усиленному брызгообразованию.

Рис. 3. Кадр пленки, снятой на большой скорости

Рис. 4. Отдельные фазы короткой дуги:
a) короткое замыкание,
b) и c) переход материала,
d) зажигание.

При использовании традиционных источников тока невозможно снизить ток в требуемое короткое время, так как индуктивность таких источников тока не позволяет быстро регулировать ток вследствие большой массы трансформатора и последующего дросселя. Совсем иначе обстоит дело при использовании инверторных источников тока, поскольку в этом случае индуктивность настраивается с помощью электронной системы, а при коротком замыкании ее можно полностью отключать, так что учитывать нужно только индуктивность сварочных проводов. Поэтому рост и падение тока в процессе фазы короткого замыкания и при зажигании дуги можно очень быстро регулировать. При этом образование брызг очень незначительное. В качестве задающих параметров для процесса регулировки используются провал и рост напряжения. Однако для этого необходимо непрерывно измерять напряжение и соответствующим образом реагировать на каждое его изменение (высокодинамичная регулировка мгновенных значений). На рис. 5 на примере электрической дуги EWM-forceArc показано, как при переходе материала с короткими замыканиями можно получить изменение тока и напряжения без вредного брызгообразования. Быстрая регулировка процесса позволяет вести сварку с длинным свободным концом проволоки, что положительно влияет на шов при ограниченной доступности горелки. Правда, при этом необходимо обеспечить достаточное поступление защитного газа.

Рис. 5. Изменение тока и напряжения для электрической дуги EWM-forceArc

Что может очень короткая струйная дуга
Электрическая дуга нового типа используется в верхнем диапазоне мощности, который до этого времени использовался при струйной или длинной дуге. По сравнению с обычной струйной дугой эта дуга имеет следующие преимущества:
- хорошие характеристики проплавления за счет высокого давления плазмы в дуге,
- простота обращения при ручной сварке благодаря стабильной по направленности дуге,
- отсутствие подрезов благодаря очень короткой дуге,
- высокая экономичность благодаря высокой скорости сварки,
- лучшее качество шва в отношении зоны нагрева и коробления благодаря незначительному нагреву.

Рис. 6. Сравнение поперечных шлифов; сварка проведена в положении РВ; слева: с использованием усовершенствованной дуги, справа: с использованием обычной короткой cтруйной дуги.

Оборудование
Для реализации электрической дуги нового типа используется, естественно, и современное сварочное оборудование. Регулировка мгновенных значений возможна только при использовании инверторных источников тока и цифровых систем регистрации результатов измерений. На рис. 7 показана сварочная установка, которая была разработана для сварки EWM-forceArc. Конечно, с использованием этой установки можно проводить как обычную MIG/MAG сварку, так и импульсную MIG/MAG сварку, а также ручную дуговую сварку и сварку неплавящимся вольфрамовым электродом в инертном газе, так как эта установка является универсальной.

Области применения
Области применения новой электрической дуги - это, прежде всего, машиностроение и производство комплексного промышленного оборудования, автомобиле- и судостроение, изготовление металлоконструкций, контейнеро- и приборостроение, сооружение резервуаров и возведение прибрежных сооружений. На настоящее время опыты проводились с углеродистой, легированной и высоколегированной сталью, а также с алюминием и сплавами на его основе при толщине стенки от 5 мм. Наиболее часто используются проволочные электроды диаметром 1,0 и 1,2 мм для обычной и хромоникелевой стали, 1,2 и 1,6 мм для алюминия. В зависимости от основного материала в качестве защитного газа используется инертный газ или газовая смесь с высоким содержанием аргона.

Опубликовано: 06.06.2012

Назад